冷床吸附回收硫的方法
【專利說明】冷床吸附回收硫的方法
[0001]發明背景發明領域
[0002]提供了回收硫設備，其包括主克勞斯(Claus)反應器和多個下游反應器單元，反應器單元各自包括可選擇性地在克勞斯反應條件和冷床吸附(CBA)反應條件下操作的反應器，由此允許設備獲得大于99.5%的平均除硫效率。通過對反應器單元進行排序，從而使具有最冷的催化劑的反應器單元位于一系列反應器單元中的最終位置，來獲得高的除硫效率。反應器單元在排序中的順序周期性的改變，從而允許催化劑再生。但是，將包括剛剛再生的催化劑的反應器單元切換到中部位置，其與反應器單元順序中的最終位置相對。在設備中以這種方式切換反應器單元順序，為最近再生的催化劑提供額外的冷卻時間，由此確保這一系列單元中的最終反應器單元能進行高度有效的冷床吸附操作。
[0003]現有技術說明
[0004]天然氣或石油產品的加工常常導致產生包括酸氣流，該酸氣流常常包括大量的硫(通常是H2S的形式)。這些酸氣流價值有限，且通常通過焚燒來處理。但是，環境法規限制了可排放到大氣的硫的量。因此，在焚燒之前，必須將在這些廢棄產品流中存在的大部分的硫除去。
[0005]除硫的方法之一是通過使用擴展的克勞斯回收硫設備，例如美國專利號5，015，459和5，015，460所批露的那些。在這些設備中，一種催化反應器在高溫克勞斯條件下操作，其與一種或更多種催化反應器相連，后者各自周期性地在高溫克勞斯條件和冷床吸附(CBA)條件下操作。在克勞斯條件和CBA條件下交替的各催化反應器與硫冷凝器相連，組成反應器單元。周期性地改變反應器單元的排序，從而具有剛剛再生的催化劑的反應器位于排序的最后位置。
[0006]所述CBA設備表明其平均除硫效率最高達99.2%。但是，因為環境法規變得甚至更加嚴格，CBA設備(例如在上述專利中描述的那些)到目前為止不能實現大于或等于99.5%的平均除硫效率。為了實現這個水平的效率，常規的CBA設備需要安裝額外的尾氣處理單元，例如氫化/胺處理單元，由此還增加資金和操作支出。因此，如果CBA設備能構造成實現大于或等于99.5%的平均除硫效率卻無需額外的尾氣處理，將是非常理想的。
【發明內容】
[0007]根據本發明的一種實施方式包括用于從氣流回收硫的方法。使包括H2S和502的加工氣體通過主克勞斯反應器，該克勞斯反應器操作以將加工氣體中存在的H2S和SO2的至少一部分的轉化成單質硫。接下來，使排出主克勞斯反應器的氣體依次通過至少第一、第二和第三反應器單元，各反應器單元包括催化反應器和硫冷凝器。催化反應器能選擇性地在克勞斯反應條件和冷床吸附條件下操作。在反應器單元操作第一時段后，重新排布反應器單元的排序，從而排出主克勞斯反應器的氣體首先通過第三反應器單元，然后通過第一和第二反應器單元。
[0008]根據本發明的另一種實施方式包括用于從氣流回收硫的方法。使包括H2S和SO2的加工氣體通過主克勞斯反應器，該克勞斯反應器操作以將加工氣體中存在的至少一部分的H2S和SO2的轉化成單質硫。接下來，使排出主克勞斯反應器的氣體依次通過一系列反應器單元，各反應器單元包括催化反應器和硫冷凝器。操作在這一系列單元中的最后反應器單元的冷凝器，從而排出冷凝器的氣體的溫度也小于或等于(at or below)硫的凝固點。
[0009]還根據本發明的另一種實施方式包括用于從氣流回收硫的方法。使包括H2S和SO2的加工氣體通過主克勞斯反應器，該克勞斯反應器操作以將加工氣體中存在的至少一部分的H2S和SO2的轉化成單質硫。接下來，使排出主克勞斯反應器的氣體依次通過一系列反應器單元，各反應器單元包括催化反應器和硫冷凝器。在這一系列單元中的最后反應器單元的催化反應器的進口溫度在硫的凝固點10 °F之內。
[0010]根據本發明的另一實施方式包括回收硫單元。回收硫單元包括主克勞斯反應器和位于該主克勞斯反應器下游的一系列反應器單元。該主克勞斯反應器構造成接收包括H2S和SO2的加工氣體，并將至少一部分的H 2S和SO2的轉化成單質硫。各下游反應器單元包括硫冷凝器和催化反應器。這一系列單元中的最后反應器單元的催化反應器操作的平均溫度在這一系列單元中所有催化反應器中最低。
[0011]還根據本發明的另一實施方式包括回收硫單元。回收硫單元包括主克勞斯反應器和位于該主克勞斯反應器下游的一系列反應器單元。該主克勞斯反應器構造成接收包括H2S和SO2的加工氣體，并將至少一部分的H 2S和SO2的轉化成單質硫。各下游反應器單元包括硫冷凝器和催化反應器。這一系列單元中的最后反應器單元的冷凝器在小于或等于硫的凝固點的溫度下操作。
【附圖說明】
[0012]圖1是除硫設備的加工流程圖，其中將排出主克勞斯反應器的加工氣體導向通過一系列的冷床吸附反應器單元，加工氣體在導向通過第一單元的反應器之前首先通過第一單元的冷凝器；
[0013]圖2是如圖1所示的除硫設備的加工流程圖，但排出主克勞斯反應器的加工氣體繞過第一單元的冷凝器并直接導向第一單元的反應器；
[0014]圖3是除硫設備的加工流程圖，其中首先將排出主克勞斯反應器的加工氣體導向第三CBA反應器單元，且特別是在導向通過第三單元的反應器之前首先通過第三單元的冷凝器，且其中在圖1和2中的第二反應器單元現在位于一系列反應器單元的最后位置；
[0015]圖4是如圖2所示的除硫設備的流程圖，但排出主克勞斯反應器的加工氣體繞過第三單元的冷凝器并直接導向第三單元的反應器；
[0016]圖5是除硫設備的加工流程圖，其中首先將排出主克勞斯反應器的加工氣體導向第二 CBA反應器單元，且特別是在導向通過第二單元的反應器之前首先通過第二單元的冷凝器，且其中在圖1和2中的第一反應器單元現在位于一系列反應器單元的最后位置；以及
[0017]圖6是如圖5所示的除硫設備的加工流程圖，但排出主克勞斯反應器的加工氣體繞過第二單元的冷凝器并直接導向第二單元的反應器。
[0018]優選實施方式的詳細描述
[0019]參考附圖，示意性地顯示了示例除硫設備10。應指出各圖同時包括實線和虛線加工線路。實線指加工氣體流動的導管，虛線指目前被閥關閉的導管。設備10包括主克勞斯反應器12，其構造成通過導管14接收加工氣體流。加工氣體流可包括熱反應步驟的產物，其中將氧引入來自天然氣或石油加工的副產物例如酸氣流，并在例如熱反應器中燃燒。通過導管14攜帶的這種熱反應步驟的產物包括硫化合物，例如H2S,和一種或更多種氣體組分例如CO2和水。反應器12包括克勞斯催化劑例如活化的Al 203或T1 2，其催化地將H2S和SO2 (由H2S在反應器中的燃燒產生)轉化成單質硫。但是，在反應器12中將H2S轉化成單質硫常常沒有環境法規要求的那么完全。因此，必須實施其它的反應。
[0020]反應的加工氣體流通過導管16排出反應器12，并導向多個反應器單元(其在圖1中表示為單元18，20和22)，用于進一步的H2S轉化。如下文所更加詳細描述，反應器單元的排序是可變的，從而將循環的平均除硫效率優化到至少99.5%的水平。具體來說，使用用于反應器單元18，20，22循環的“前-中-后”排序。各反應器單元分別包括硫冷凝器24，28，32和反應器26，30，34。反應器單元自身具有類似的功能，各自將在設備10內通過不同的操作位置來循環。
[0021]在一些實施方式中，冷凝器24，28，32分別位于反應器26，30, 34上游，且包括管/殼式換熱器，其包括例如在殼側的水作為冷卻流體用于冷凝硫。然后，從冷凝器回收液化硫。反應器26，30，34是包括類似于主反應器12的克勞斯催化劑的催化反應器。但不像反應器12，反應器26，30，34選擇性地在克勞斯反應條件和冷床吸附條件下操作。在克勞斯反應條件，因為與反應相關的較高溫度，將在克勞斯催化劑存在下形成的硫連續地在蒸汽相中從反應器去除。在冷床吸附條件下，形成的硫沉積和累積在克勞斯催化劑上，其必須不時地再生。但是，在兩組條件下，反應器催化將H2S和SO2R化成單質硫的克勞